基于纤维素纳米晶辅助聚硫辛酸-铁配位网络的多功能自修复可回收抗冻电子皮肤

本文创新性地通过逆硫化反应与Fe3+-羧酸配位协同策略，开发出兼具自修复性（89.6%效率）、超强拉伸性（1200%）和低温稳定性的PTCFe弹性体。该材料通过纤维素纳米晶（MACNC）淬灭硫醇自由基，结合动态二硫键（S-S）与铁配位网络，实现了登山运动场景下-30°C环境的高灵敏度信号捕获（1368-1938 KPa粘附力），为极端环境可穿戴传感器（e-skin）提供了绿色解决方案。

　　

Highlight

本研究通过硫辛酸（TA）与马来酸修饰纤维素纳米晶（MACNC）的逆硫化反应，结合三氯化铁（FeCl₃）诱导的Fe³⁺-羧酸配位，构建了具有"三明治"结构的PTCFe弹性体。这种设计巧妙融合了动态化学键（二硫键交换）与金属配位网络，使材料在-30°C仍保持89.6%的自修复效率，突破传统电子皮肤（e-skin）的低温失效瓶颈。

反应机制

当黄色TA粉末受热开环聚合时（图2a），其分子内五元环S-S键断裂形成线性聚硫辛酸（poly(TA））。引入MACNC后，其共轭双键可高效淬灭硫醇自由基，抑制解聚回弹现象。Fe³⁺的加入则与TA侧链羧基形成"螯合锁"（图2b），这种配位作用使材料杨氏模量提升3倍，同时保持>90%的光透过率——就像给分子网络装上可重构的智能搭扣。

结论

PTCFe弹性体通过TA的S-S键、MACNC自由基捕获和Fe³⁺配位三重协同，实现了登山场景下的"三防"特性：防冻（-30°C工作）、防裂（1200%拉伸）、防脱（1938 KPa粘附力）。其土壤降解实验显示，60天内可完全生物降解，为下一代可持续电子皮肤树立了新标杆。